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国产“万能芯片”实现突破!曾被5家美企垄断,如今华为已成主力

发布日期:2022-08-05 21:54    点击次数:86

众所周知,每种芯片都有它固定的应用场景。比如高通的芯片不能在windows下运行,苹果A系列、M系列处理器无法用在安卓机上。而比亚迪的车规级IGBT芯片,也仅能承担新能源汽车电子系统的功率转化任务。

那有没有一种芯片,可以按照人们的需要,随时变成任意一种芯片,并发挥对应的运算功能呢?还真有,那就是有着“万能芯片”之称的FPGA芯片。

如今,FPGA芯片已经成为通信设备必备芯片。然而,从1985年FPGA芯片在美国诞生以来的20年,中国在这项顶级技术上一直被美国公司100%垄断着。

如今,又过去了近20年,中国在FPGA芯片领域,实现国产替代了么?

一、FPGA芯片,究竟“万能”在哪? 

FPGA芯片,又称“现场可编程门阵列”芯片,其中的“可编程”三个字,正是它“万能”优势的集中体现。

常规的硬件芯片,往往依托特定的指令集来实现特定的功能。只需置入到可运行环境,芯片便可以自动运转,无需操作人员指挥。但作为代价,常规芯片的设计电路以及运行逻辑也因此固定下来。而FPGA芯片则完全不必默守陈规。

完成封装后的FPGA芯片,仅有内置的独立逻辑单元,并没有任何预设的计算功能;此外,FPGA芯片内部的金属连接线,可经用户编程,配置成任意的连接方式。

形象地讲,接入电路的FPGA芯片,就像一台新装系统的个人电脑, 可可计划APP下载你不向它输入命令,它就原地立正,不做任何动作。而一旦你向它发送编程指令,它可以任由你的操作,在任何电路环境中驰骋。

比如你可以把它变成Pic单片机,作为微处理单元来支持各种大型电子仪器的运转;你可以将它编辑为驱动器,控制数以万计的LED;经由编程配置后的FPGA芯片,甚至可以和大型CPU组成异质芯片系统组,进而用于5G、物联网、人工智能、航空航天等多个领域。

除了适应能力强,值得一提的是,FPGA芯片还有另一个显著优势:模仿能力。

由于是用基础编程指挥硬件运算,FPGA芯片运算不但速度更快,而且可以模拟特定芯片的计算功能。也就是说,FPGA芯片不仅啥都能变,而且变谁像谁!堪称“芯片界的孙悟空”。

这种无与伦比的泛用性,让FPGA芯片自1985年诞生起,就受到整个半导体领域的普遍重视。而在经历几十年的技术完善之后,FPGA芯片更是被业内公认为当前物联网革命中的必备半导体器件。

然而,在20年的时间,我国并没有跟上FPGA芯片技术的东风。

二、外企全面领先,中国憾失先手 

20世纪80年代,为了尽快摆脱经济困境,国家曾不得已下马了一批投入高昂、运作周期长、收益难以确定的科研项目。导致众多早在60年代就立项的国产半导体项目,在这个时期,陷入了停滞。

然而,也刚好是在80年代,半导体产业在发达国家进入到了第二个发展高峰期!

1985年,赛灵思(Xlinx)创始人Ross Freeman在美国加利福尼亚圣何塞市,制造出了世界上第一枚FPGA芯片,标志着研究攻关十多年的可编程逻辑器件,正式步入商品化阶段。而直到2005年,中国才开始对FPGA的立项研究。

就起步而言,我国和发达国家(主要是美国)存在至少20年的差距。具体来说,这种差距体现在两个方面:

1、技术积累方面

全球两大FPGA芯片巨头——赛灵思(Xlinx)与阿尔特拉(Altera),拥有近9000项技术专利,专利范围几乎涵盖了FPGA芯片从指标逻辑单元到线程工艺的所有方面。后来者想要入局FPGA研发,只能绕路走。

2、市场占有方面

FPGA产业尽显马太效应,由赛灵思(Xlinx)、阿尔特拉(Altera)、莱迪思(Lattice)、Actel、Achronix为首的五家美国企业,几乎占据FPGA芯片全球市场份额的100%。直到2019年,美企在我国FPGA芯片的市占率依然高达97%。

三、国产FPGA开始实现替代

因为对手强大就举旗认输,这当然不是国产品牌的风格!

虽然起步晚,但受益于庞大的技术人才储备和半导体市场需求,在短短十几年的发展中,中国已成功培育出多家FPGA研发企业,如深圳紫光同创、上海安路科技、广州高云半导体等等。

同时,作为FPGA领域的领军企业,华为也开发出了FPGA云平台,为全球人工智能、大数据等领域的专家,提供颠覆式的开发模式。

在诸多国产品牌的努力下,截至2021年,外企在我国的市占率已经从最初的100%下降到不足90%,其中仅安路科技一家,就成功夺回了6%的国内份额。

而被台媒誉为“国产FPGA芯片龙头企业”的紫光同创,也顺利度过投资集中期,2021年实现营收7.82亿元,净利润从2020年的亏损0.26亿元扭转为盈利0.41亿元。

相信随着产业需求的不断扩大,FPGA芯片的国产替代率会继续攀升。



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